馬達｜基礎篇

二相雙極步進馬達的驅動　其2

2024.05.08

重點

・在二相雙極步進馬達的驅動中，與Fast Decay相比，Slow Decay的電流漣波更小，因此雜訊更小，平均電流更大，故可以獲得更大的轉矩。但是，在高脈衝頻率情況下表現不佳。

・在二相雙極步進馬達的驅動中，與Slow Decay相反，Fast Decay在雜訊和轉矩方面雖然表現遜色，但在高脈衝頻率方面則更具優勢。

・在二相雙極步進馬達的驅動中，Mix Decay可以結合Slow Decay和Fast Decay的優點來最佳化波形。

目錄

在上一篇文章“二相雙極步進馬達的驅動 其1”中，給出了二相雙極步進馬達的基本驅動電路範例和驅動波形。此次“二相雙極步進馬達的驅動 其2”篇，將介紹驅動二相雙極步進馬達過程中電流再生時的Decay：電流衰減。

二相雙極步進馬達的驅動：什麼是Decay？

在驅動步進馬達時，需要進行Decay（電流衰減）控制。Decay是一種在關斷對馬達的電源供給時使電流衰減的方法，有Slow Decay（慢速衰減）和Fast Decay（快速衰減）兩種基本方法。

以下是上一篇中給出的步進馬達驅動波形中的一部分。輸出電壓OUT是PWM訊號，因此輸出電流是與PWM訊號連動ON/OFF的平均電流。由於驅動的是線圈，所以輸出電流的波形是鋸齒波，而不是PWM電壓輸出的方波。下圖是輸出電流的放大波形。

藍色波形是Slow Decay時的波形，由於衰減的斜率小，故電流衰減速度慢，PWM關斷期間的電流衰減也較慢。因此，在導通時達到設定電流值的時間也縮短了。

紅色是Fast Decay時的波形，由於斜率較大，因此電流衰減速度快，衰減量也很大，也因此在導通時需要花一些時間才能達到設定的電流值，週期比Slow Decay要慢。

Slow Decay和Fast Decay：方法的差異

可以透過切換馬達驅動器輸出H橋來選擇衰減方法。

圖中的線圈表示步進馬達的線圈A和線圈B的一個線圈。這裡省略了不在H橋四個切換的內部電流路徑中的切換。

在Slow Decay（a）中，Q1和Q4處於導通狀態。在（b）和（c）中，Q4導通，Q2導通和關斷。儘管切換的狀態不同，但由於再生電流也會經由寄生二極體流向關斷的Q2的MOSFET，因此無論在哪種情況下，電流都以相同的方式流過。再生電流則僅是線圈中蓄積的電流流動。

（D）Fast Decay的（d）處於導通狀態，與Slow Decay的狀態相同。在（e）中，Q2和Q3導通；在（f）中，所有的MOSFET均關斷，再生電流流經導通的Q2和Q3，也會經由寄生二極體流過關斷的Q2和Q3，因此在這兩種情況下電流都以相同的方式流過。電流會流向電源，但由於電源電壓試圖使電流沿相反方向流動，所以電流的衰減加快。

可以根據以哪種狀態控制關斷來區分使用“Slow Decay”和“Fast Decay”。

衰減方法的差異與步進馬達驅動的關係

與Fast Decay相比，Slow Decay的電流漣波更小，因此雜訊更小。另外，由於平均電流增加，所以可以增加產生的轉矩。但其缺點是如果脈衝頻率變快，波形會失真，馬達無法正常旋轉。

相反，Fast Decay在雜訊和轉矩方面雖然遜色，但對於高速脈衝頻率，則比Slow Decay更具優勢。

什麼是Mix Decay（混合衰減）？

衰減方法基本上是Slow Decay和Fast Decay，不過還有一種將它們結合起來並充分利用兩者優點的方法，即Mix Decay。

Mix Decay是以Fast Decay開始衰減，然後是Slow Decay。這使得電流衰減比Slow Decay快，而電流漣波比Fast Decay小。這不僅可以維持大轉矩，同時還支援高速脈衝率。某些驅動IC可以調整Slow和Fast的時間比，可最佳化電流波形。

以下是不同步數Slow/Mix/Fast Decay時的波形。從波形可以看出，Mix Decay已得到最佳化。

【下載資料】 步進馬達及其驅動方法基礎

步進馬達適用於光碟機、掃描器、印表機、數位相機、智慧手機相機鏡頭等很多設備，還有其他很多應用都離不開步進馬達。本手冊將介紹步進馬達及其驅動方法相關的基礎知識，包括步進馬達的結構、工作原理、特性和驅動方法等內容。

二相雙極步進馬達的驅動　其2
下載

    馬達

    基礎篇